(57)【要約】【課題】信頼性の高い固体撮像素子を低コストで製造する。【解決手段】シリコン基板上にゲート絶縁膜５を介してゲート電極６を形成した後、シリコン基板１上に形成されたゲート絶縁膜５に開口を形成してＦＤ部４を露出させる。次に、シリコン基板１上に導電性膜７を形成し、この導電性膜７を、ＦＤ部４に接触している部分からゲート電極６に接触している部分までが残るように選択的にエッチング除去する（図３（ｄ））。次に、シリコン基板１上に金属材料を成膜し、この金属材料膜を、導電性膜７上に残るように選択的にエッチング除去する（図３（ｅ））。この工程により、導電性膜７上に残った金属材料膜が、ゲート電極６とＦＤ部４とを電気的に接続する配線８として機能する。次に、シリコン基板１上にＢＰＳＧ膜等からなる絶縁膜９を形成し（図３（ｆ））、これをリフロー処理する。【選択図】図３
2006344654.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
信号電荷を蓄積するフローティングディフュージョン部と、前記フローティングディフュージョン部にゲート電極が電気的に接続されるトランジスタを含み、前記フローティングディフュージョン部の電位変化に応じた信号を出力する出力回路とを有する固体撮像素子の製造方法であって、
半導体基板上に形成されたゲート絶縁膜に開口を形成して前記フローティングディフュージョン部の少なくとも一部を露出させる開口形成工程と、
前記半導体基板上に前記ゲート絶縁膜を介して前記ゲート電極を形成するゲート電極形成工程と、
前記開口形成工程及び前記ゲート電極形成工程後、前記半導体基板上に配線材料を成膜する配線材料成膜工程と、
前記配線材料の膜を選択的に除去して、前記ゲート電極と前記フローティングディフュージョン部とを電気的に接続する配線を形成する配線形成工程と、
前記配線形成後、前記ゲート電極と前記配線を覆う絶縁膜を形成する絶縁膜形成工程とを含む固体撮像素子の製造方法。
【請求項２】
請求項１記載の固体撮像素子の製造方法であって、
前記信号電荷を転送する前記半導体基板内に形成された電荷転送部上に電荷転送用の電極を前記ゲート絶縁膜を介して形成する電極形成工程を含み、
前記配線材料が前記電極を遮光する遮光膜を構成する材料と同じであり、
前記配線材料成膜工程を、前記開口形成工程、前記ゲート電極形成工程、及び前記電極形成工程の後に行い、
前記配線形成工程において前記電極上にある前記配線材料の膜も残すように前記膜を除去することで、前記配線と同時に前記遮光膜を形成する固体撮像素子の製造方法。
【請求項３】
請求項１又は２記載の固体撮像素子の製造方法であって、
前記配線と前記ゲート電極の間に導電性膜を形成する導電性膜形成工程を含む固体撮像素子の製造方法。
【請求項４】
請求項３記載の固体撮像素子の製造方法であって、
前記導電性膜はＴｉＮである固体撮像素子の製造方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか記載の固体撮像素子の製造方法であって、
前記配線材料が金属材料からなる固体撮像素子の製造方法。
【請求項６】
請求項５記載の固体撮像素子の製造方法であって、
前記金属材料はタングステンである固体撮像素子の製造方法。
【請求項７】
信号電荷を蓄積するフローティングディフュージョン部と、前記フローティングディフュージョン部にゲート電極が電気的に接続されるトランジスタを含み、前記フローティングディフュージョン部の電位変化に応じた信号を出力する出力回路とを有する固体撮像素子であって、
前記ゲート電極と前記フローティングディフュージョン部とを電気的に接続する配線と、
前記ゲート電極及び前記配線を覆う絶縁膜とを備える固体撮像素子。
【請求項８】
請求項７記載の固体撮像素子であって、
前記配線と前記ゲート電極の間に導電性膜を備える固体撮像素子。
【請求項９】
請求項８記載の固体撮像素子であって、
前記導電性膜はＴｉＮである固体撮像素子。
【請求項１０】
請求項７〜９のいずれか記載の固体撮像素子であって、
前記配線の材料は金属材料からなる固体撮像素子。
【請求項１１】
請求項１０記載の固体撮像素子であって、
前記金属材料はタングステンである固体撮像素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、信号電荷を蓄積するフローティングディフュージョン部と、前記フローティングディフュージョン部にゲート電極が電気的に接続されるトランジスタを含み、前記フローティングディフュージョン部の電位変化に応じた信号を出力する出力回路とを有する固体撮像素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＣＤ型の固体撮像素子は、受光面に縦横に配置したフォトダイオードからなる複数の光電変換素子と、各光電変換素子の垂直方向に対応して配置される垂直転送レジスタと、垂直転送レジスタの終端に配置される水平転送レジスタと、水平転送レジスタの終端に配置され、前記水平転送レジスタからの転送電荷を電圧信号に変換して出力する信号出力部とを備えている。
【０００３】
信号出力部の構成としては、例えば特許文献１に記載されているようなＦＤＡ（Floating Diffusion Amplyfier）タイプのものが広く採用されている。これは、水平転送レジスタからの信号電荷を蓄積してそれに対応した電位となり、その後リセットされて所定のリセット電位になる動作を一定の周期で繰り返すフローティングディフュージョン（ＦＤ）部と、そのリセットを行うリセットトランジスタと、ＦＤ部の電位変化に応じた信号を増幅して出力する出力回路とからなるのが通常である。出力回路は、一般に複数段（２段又は３段）のソースフォロワ回路により構成されている。
【０００４】
図４は、特許文献１記載の信号出力部の製造工程例を示す部分断面模式図である。
まず、ｎ型のシリコン基板１表面にｐウェル層２を形成し、ここにＬＯＣＯＳ膜等のフィールド酸化膜３を形成し、ＦＤ部となるｎ＋領域４や、図示しないフォトダイオード、垂直転送レジスタ、及び水平転送レジスタ等をイオン注入等によって形成した後、ｐウェル層２上にＯＮＯ膜等からなるゲート絶縁膜５を形成する（図４（ａ））。
【０００５】
次に、図示していないが、ｐウェル層２表面に形成された垂直転送レジスタや水平転送レジスタ上方に、これらを駆動するためのポリシリコン等からなる駆動電極（フォトダイオードから電荷を読み出す際の読み出し電極も兼ねる）をゲート絶縁膜５を介して形成する。この駆動電極の形成と同時に、駆動電極と同じ材料を用いて、リセットトランジスタのゲート電極や、ＦＤ部４と電気的に接続される出力回路に含まれるトランジスタのゲート電極６等をシリコン基板１上に形成し、その後、ＦＤ部４を露出させるために、ＦＤ部４上のゲート絶縁膜５を除去する（図４（ｂ））。
【０００６】
次に、ゲート絶縁膜５、ゲート電極６、及び駆動電極が形成されたシリコン基板１を覆うＢＰＳＧ膜等からなる絶縁膜１９を形成して（図４（ｃ））、これをリフロー処理する。
【０００７】
次に、絶縁膜１９に反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）法等によってコンタクトホールを形成し、このコンタクトホールを埋めるようにタングステン等の金属材料１８を成膜する（図４（ｄ））。
【０００８】
最後に、成膜した金属材料１８のうちの余分な部分を、エッチバックを行うことによって除去することで、ゲート電極６とＦＤ部４とを電気的に接続した配線１８’が形成される。
【０００９】
上述した方法によれば、配線を金属材料で形成するため、配線の容量を低減させることができる。又、ＦＤ部４の微細化によってコンタクトホールのアスペクト比が高くなっても、配線を高い信頼性でもって形成することが可能である。
【００１０】
【特許文献１】特開２００２−３６８２０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかし、上述した方法では、絶縁膜にコンタクトホールを形成し、ここに金属材料を埋め込み、更に余分な金属材料を除去するといった工程を踏む必要があり、工程数が多くなってしまう。又、コンタクトホール形成時のエッチングによってシリコン基板にダメージを与える恐れもある。
【００１２】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、信頼性の高い固体撮像素子を低コストで製造可能にすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の固体撮像素子の製造方法は、信号電荷を蓄積するフローティングディフュージョン部と、前記フローティングディフュージョン部にゲート電極が電気的に接続されるトランジスタを含み、前記フローティングディフュージョン部の電位変化に応じた信号を出力する出力回路とを有する固体撮像素子の製造方法であって、半導体基板上に形成されたゲート絶縁膜に開口を形成して前記フローティングディフュージョン部の少なくとも一部を露出させる開口形成工程と、前記半導体基板上に前記ゲート絶縁膜を介して前記ゲート電極を形成するゲート電極形成工程と、前記開口形成工程及び前記ゲート電極形成工程後、前記半導体基板上に配線材料を成膜する配線材料成膜工程と、前記配線材料の膜を選択的に除去して、前記ゲート電極と前記フローティングディフュージョン部とを電気的に接続する配線を形成する配線形成工程と、前記配線形成後、前記ゲート電極と前記配線を覆う絶縁膜を形成する絶縁膜形成工程とを含む。
【００１４】
この方法によれば、絶縁膜形成前に配線を形成するため、工程数を削減できると共に、微細な配線を容易に形成することができる。又、絶縁膜にコンタクトホールを形成する工程を踏まないため、シリコン基板に与えるダメージを少なくすることができる。この結果、信頼性の高い固体撮像素子を低コストで製造することができる。
【００１５】
本発明の固体撮像素子の製造方法は、前記信号電荷を転送する前記半導体基板内に形成された電荷転送部上に電荷転送用の電極を前記ゲート絶縁膜を介して形成する電極形成工程を含み、前記配線材料が前記電極を遮光する遮光膜を構成する材料と同じであり、前記配線材料成膜工程を、前記開口形成工程、前記ゲート電極形成工程、及び前記電極形成工程の後に行い、前記配線形成工程において前記電極上にある前記配線材料の膜も残すように前記膜を除去することで、前記配線と同時に前記遮光膜を形成する。
【００１６】
この方法によれば、遮光膜と配線を同時に形成することができるため、工程数をより削減することができる。
【００１７】
本発明の固体撮像素子の製造方法は、前記配線と前記ゲート電極の間に導電性膜を形成する導電性膜形成工程を含む。
【００１８】
この方法によれば、配線とゲート電極との密着性を確保することができる。
【００１９】
本発明の固体撮像素子の製造方法は、前記導電性膜がＴｉＮである。
【００２０】
本発明の固体撮像素子の製造方法は、前記配線材料が金属材料からなる。
【００２１】
本発明の固体撮像素子の製造方法は、前記金属材料がタングステンである。
【００２２】
本発明の固体撮像素子は、信号電荷を蓄積するフローティングディフュージョン部と、前記フローティングディフュージョン部にゲート電極が電気的に接続されるトランジスタを含み、前記フローティングディフュージョン部の電位変化に応じた信号を出力する出力回路とを有する固体撮像素子であって、前記ゲート電極と前記フローティングディフュージョン部とを電気的に接続する配線と、前記ゲート電極及び前記配線を覆う絶縁膜とを備える。
【００２３】
本発明の固体撮像素子は、前記配線と前記ゲート電極の間に導電性膜を備える。
【００２４】
本発明の固体撮像素子は、前記導電性膜がＴｉＮである。
【００２５】
本発明の固体撮像素子は、前記配線の材料が金属材料からなる。
【００２６】
本発明の固体撮像素子は、前記金属材料がタングステンである。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、信頼性の高い固体撮像素子を低コストで製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【００２９】
図１は、本発明の実施形態を説明するための固体撮像素子の信号出力部の部分断面模式図である。本実施形態の固体撮像素子の信号出力部は、特許文献１記載の構成と同様、水平転送レジスタからの信号電荷を蓄積してそれに対応した電位となり、その後リセットされて所定のリセット電位になる動作を一定の周期で繰り返すＦＤ部と、そのリセットを行うリセットトランジスタと、ＦＤ部の電位変化に応じた信号を出力する出力回路とを有する構成である。出力回路には、２段又は３段接続されたソースフォロワ回路が含まれており、各ソースフォロワ回路は、駆動トランジスタと負荷トランジスタとを含んでいる。図１では、ＦＤ部と、出力回路に含まれる初段のソースフォロワ回路の駆動トランジスタのゲート電極との接続部分について図示している。
【００３０】
図１に示すように、ｎ型のシリコン基板１に形成されたｐウェル層２にはｎ＋領域からなるＦＤ部４が形成され、ＦＤ部４近傍のＬＯＣＯＳ膜等からなるフィールド酸化膜３上には、ｐウェル層２上に形成されたＯＮＯ膜等からなるゲート絶縁膜５を介して、ポリシリコン等からなるゲート電極６が形成されている。このゲート電極６が、上述した初段のソースフォロワ回路の駆動トランジスタのゲート電極に相当する。ゲート絶縁膜５には、ＦＤ部４上方において開口が形成されている。
【００３１】
ゲート電極６とＦＤ部４の上には、タングステン等の高融点の金属材料からなる配線８が形成され、ゲート電極６とＦＤ部４は、この配線８によって電気的に接続されている。ゲート電極８の下には、ＴｉＮ等からなる導電性膜７が形成され、この導電性膜７により、配線８とゲート電極６との密着性が十分に確保されている。ゲート電極６及び配線８が形成されたシリコン基板１上にはＢＰＳＧ膜等からなる絶縁膜９が形成され、この絶縁膜９により、ゲート電極６、導電性膜７、及び配線８が、それより上層とは完全に絶縁される。
【００３２】
このように構成された信号出力部では、図示しない水平転送レジスタから転送されてきた信号電荷がＦＤ部４に一旦蓄積される。そして、蓄積された信号電荷に応じてＦＤ部４の電位が変化し、この電位変化が出力信号として配線８を介してゲート電極６に印加され、この出力信号が出力回路で増幅されて外部に出力される。尚、導電性膜７を設けない構成であっても良い。
【００３３】
以下、図１に示す固体撮像素子の製造方法について説明する。
図２及び図３は、図１に示す固体撮像素子の製造方法を説明するための工程図である。
まず、ｎ型のシリコン基板１表面にｐウェル層２を形成し、ここにＬＯＣＯＳ膜等のフィールド酸化膜３を形成する。更に、ｐウェル層２内に、ＦＤ部となるｎ＋領域４や、図示しないフォトダイオード、垂直転送レジスタ、及び水平転送レジスタ等をイオン注入等によって形成した後、ｐウェル層２上にＯＮＯ膜等からなるゲート絶縁膜５を形成する（図２（ａ））。
【００３４】
次に、図示していないが、ｐウェル層２表面に形成された垂直転送レジスタや水平転送レジスタの上に、これらを駆動するためのポリシリコン等からなる駆動電極（フォトダイオードから電荷を読み出す際の読み出し電極も兼ねる）を、ゲート絶縁膜５を介して形成する。又、この駆動電極の形成と同時に、ＦＤ部４近傍のフィールド酸化膜３上に、駆動電極と同じ材料からなるゲート電極６を、ゲート絶縁膜５を介して形成する。その後、ＦＤ部４の少なくとも一部を露出させるために、ＦＤ部４上のゲート絶縁膜５の少なくとも一部を除去して開口を形成する（図２（ｂ））。尚、ゲート絶縁膜５に開口を形成しておいてから、ゲート電極６等を形成しても構わない。ここまでの工程は公知である。
【００３５】
次に、シリコン基板１上にＴｉＮ等からなる導電性膜７を例えばスパッタ法によって形成し（図２（ｃ））、この導電性膜７を、ＦＤ部４に接触している部分からゲート電極６に接触している部分までが残るように選択的にエッチング除去する（図３（ｄ））。
【００３６】
次に、シリコン基板１上にタングステン等からなる高融点の金属材料を例えばＣＶＤ法によって成膜し、成膜した金属材料膜を、導電性膜７上と駆動電極上に残るように選択的にエッチング除去する（図３（ｅ））。この工程により、導電性膜７上に残った金属材料膜は、ゲート電極６とＦＤ部４とを電気的に接続する配線８として機能し、駆動電極上に残った金属材料膜は、駆動電極を遮光する遮光膜として機能する。配線８は、その一端がＦＤ部４の少なくとも一部に電気的に接続され、その他端がゲート電極６の少なくとも一部に電気的に接続されていれば良い。
【００３７】
次に、シリコン基板１上にＢＰＳＧ膜等からなる絶縁膜９を形成し（図３（ｆ））、これをリフロー処理する。配線８及び遮光膜は、高融点の金属材料で構成されているため、このリフロー処理にも十分に耐えることができる。この後、絶縁膜９上に透明樹脂等からなる平坦化膜を形成し、この上にカラーフィルタを形成し、この上に平坦化膜を介してマイクロレンズを形成することで、固体撮像素子を完成させる。
【００３８】
以上のように、本実施形態の製造方法によれば、絶縁膜９を形成する前に配線８を形成してしまうことで、絶縁膜９にコンタクトホールを形成する工程が不要となるため、従来に比べて工程数を削減することができ、固体撮像素子を低コストで製造することができる。又、駆動電極の遮光膜と配線８とを同一工程で形成することができるため、工程数をより削減することができる。
【００３９】
又、本実施形態の製造方法によれば、コンタクトホールを形成する場合に比べて、シリコン基板１へのダメージを減らすことができるため、素子の信頼性を向上させることができる。
【００４０】
又、本実施形態の製造方法によれば、通常のパターニング技術によって配線８を形成することができるため、ＦＤ部４が微細化されていった場合でも、微細な配線８を極めて容易に形成することができ、その配線容量を低減させることが可能である。
【００４１】
尚、本実施形態では、配線８の材料と遮光膜の材料を同一の金属材料としたが、これらは異なる金属材料を用いても良い。この場合、遮光膜の形成と配線８の形成を別工程で行う必要があるが、それでも、従来の方法よりは工程数を削減することが可能である。この場合、遮光膜の形成は、図２（ｂ）の工程と図２（ｃ）の工程の間、図３（ｄ）の工程と図３（ｅ）の工程の間、又は図３（ｅ）の工程と図３（ｆ）の工程の間に行えば良い。又、配線材料をエッチング除去する際は、導電性膜７上にのみ配線材料が残るようにエッチングを行えば良い。
【００４２】
又、本実施形態では、駆動電極とゲート電極６を同一工程で形成しているが、勿論、別工程で形成しても良い。
【００４３】
又、本実施形態では、配線８とゲート電極６との密着性を確保するために、これらの間に導電性膜７を挟むようにしたが、該密着性を確保できるような条件（ゲート電極６や配線８の材料の組み合わせや、その形成方法）を採用した場合には、導電性膜７の形成を省略することが可能である。この場合は、図２（ｃ）において導電性膜７の代わりに配線材料を成膜し、これを導電性膜７と同じ形状となるように選択的にエッチング除去して配線８を形成し、その後、絶縁膜９を形成するといった工程を踏めば良い。尚、本実施形態では、配線８の下すべてに導電性膜７が形成されているが、導電性膜７は、配線８とゲート電極６の間に少なくとも存在していれば良い。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の実施形態を説明するための固体撮像素子の信号出力部の部分断面模式図
【図２】図１に示す固体撮像素子の製造方法を説明するための工程図
【図３】図１に示す固体撮像素子の製造方法を説明するための工程図
【図４】特許文献１記載の信号出力部の製造工程例を示す部分断面模式図
【符号の説明】
【００４５】
１  シリコン基板
２  ｐウェル層
３  フィールド酸化膜
４  フローティングディフュージョン部
５  ゲート絶縁膜
６  ゲート電極
７  導電性膜
８  配線
９  絶縁膜
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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